概述

• MMU 即内存管理单元，是用硬件电路逻辑实现的一个地址转换器件，它负责接受虚拟地址和地址关系转换表，以及输出物理地址

线性地址

• 

• 由于保护模式的内存模型是分段模型，它并不适合于 MMU 的分页模型，所以我们要使用保护模式的平坦模式，这样就绕过了分段模型

• 这个平坦模型和长模式下忽略段基址和段长度是异曲同工的

• 程序代码中的虚拟地址，经过 CPU 的分段机制产生了线性地址，平坦模式和长模式下线性地址和虚拟地址是相等的

  • 线性地址（Linear Address) 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层

• 如果不开启 MMU，在保护模式下可以关闭 MMU，这个线性地址就是物理地址

• 因为长模式下的分段弱化了地址空间的隔离，所以开启 MMU 是必须要做的, 开启 MMU 才能访问内存地址空间

MMU页表

概述

• 它描述了虚拟地址到物理地址的转换关系，也可以说是虚拟页到物理页的映射关系，所以称为页表

构成

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• 为了增加灵活性和节约物理内存空间(因为页表是放在内存空间中)，所以页表并不存放虚拟地址和物理地址的对应关系，只存物理页面的地址

• MMU以虚拟地址为索引去查表返回物理页面地址，而且页表是分级的，总体分为三个部分

  • 顶级页目录
  • 多个中级页目录
  • 页表

工作流程

• 从上图看出，一个虚拟地址被分为从左到右四个位段
• 第一个位段索引顶级页目录中一个项，该项指向一个中级页目录
• 然后用第二个位段去索引中级页目录中的一个项，该项指向一个页目录
• 再用第三个位段去索引页目录中的项目，该项目指向一个物理页地址
• 最后用第四个位段作该物理页内的偏移去访问物理内存

开启MMU

前提

• 开启 MMU 的前提是 CPU 进入保护模式或者长模式

步骤

第一步

• 使 CPU 进入保护模式或者长模式

第二步

• 准备好页表数据，这包含顶级页目录，中间层页目录，页表，假定我们已经编写了代码，在物理内存中生成了这些数据

第三步

• 把顶级页目录的物理内存地址赋值给 CR3 寄存器

mov eax, PAGE_TLB_BADR ;页表物理地址
mov cr3, eax

第四步

• 设置 CPU 的 CR0 的 PE 位为 1，这样就开启了 MMU

;开启 保护模式和分页模式
mov eax, cr0
bts eax, 0    ;CR0.PE =1
bts eax, 31   ;CR0.P = 1
mov cr0, eax 

MMU 地址转换失败

失败原因

• 例如，页表项中的数据为空，用户程序访问了超级管理者的页面，向只读页面中写入数据

失败处理

• MMU 停止转换地址
• MMU 把转换失败的虚拟地址写入 CPU 的 CR2 寄存器
• MMU 触发 CPU 的 14 号中断，使 CPU 停止执行当前指令
• CPU 开始执行 14 号中断的处理代码，代码会检查原因，处理好页表数据返回
• CPU 中断返回继续执行 MMU 地址转换失败时的指令